薄膜における異相界面の理論解析

• 研究課題/領域番号: 22560680
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 無機材料・物性
• 研究機関: 一般財団法人ファインセラミックスセンター
• 研究代表者: フィッシャー クレイグ (FISHER Craig) 一般財団法人ファインセラミックスセンター, ナノ構造研究所, 上級研究員 (80524925)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2011年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2010年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: イオン拡散 / 欠陥構造 / 電子状態 / 異相界面 / 粒界 / 表面 / 酸化物 / エネルギー材料 / 理論計算 / 第一原理計算 / 酸化物薄膜 / 酸素イオン伝導性 / 超伝導体 / ペロブスカイト型酸化物

研究概要

本研究ではエネルギーデバイスを構成する材料の特性に重要な影響を与える異相界面に着目し,先端的理論計算を用いて電子・原子レベルでの解析を行った.これまで研究例が少ない2つの酸化物の間の界面に注目して,幾つかの整合性のよい界面の安定構造や結合力,電子状態などの特性を解明し,実験結果と比較した.具体的には実験で観察された薄膜における粒界・表面または異相界面を系統的に検討した.界面近傍の歪が特性にとって特に重要であることがわかった.これらの結果は材料の構造・特性の解明だけではなく,より効率的な異相界面計算手法の開発にも寄与すると期待される.

研究成果

• [雑誌論文] Domain Formation in Anatase TiO_2 Thin Films on LaAlO_3 Substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: Shijian Zheng, Craig A. J. Fisher, Takeharu Kato, Yuki Nagao, Hiromichi Ohta, Yuichi Ikuhara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101
  • 査読あり
• [雑誌論文] Domain formation in anatase TiO2 thin films on LaAlO3 substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: SJ. Zheng, CAJ. Fisher, T. Kato, Y. Nagao, H. Ohta, Y. Ikuhara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101[19] 号: 19 ページ: 191602-191602
  • DOI: 10.1063/1.4766338
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computer Simulation of Coherent BaZrO_3/MgO Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Craig A. J. Fisher, Akihide Kuwabara, Hiroki Moriwake
  • 雑誌名: J. Ceram. Soc. Jpn. 巻: 119 ページ: 861-866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Computer Simulation of Coherent BaZrO_3/MgO Interfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: Craig Fisher, Akihide Kuwabara, Hiroki Moriwake
  • 雑誌名: Journal of the Ceramic Society of Japan 巻: 119 ページ: 861-866
  • 査読あり
• [学会発表] Atomic Level Investigations of Interfaces of Lithium Ion Battery Cathode Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher, S. Zheng, R. Huang, T. Ogawa, A. Kuwabara, H. Moriwake, M. S. Islam, Y. Ikuhara
  • 学会等名: Munich Battery Discussions : Lifetime and Ageing of Battery Materials and Systems
  • 発表場所: ドイツ, ガーヒング
  • 年月日: 2013-03-14
• [学会発表] Atomic Level Investigations of Interfaces of Lithium Ion Battery Cathode Materials (2013)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher
  • 学会等名: Munich Battery Discussions: Lifetime and Ageing of Battery Materials and Systems
  • 発表場所: ドイツ、ミュンヘン
  • 招待講演
• [学会発表] Heterogeneous Interfaces in YBCO Thin Film Superconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: C.A.J.Fisher, Y.Sugawara, T.Kato, A.Kuwabara, H.Moriwake
  • 学会等名: Zing Conference on Solid State Chemistry
  • 発表場所: スペイン、ランザロテ
  • 年月日: 2012-02-25
• [学会発表] Defects, Dopants and Ion Conductivity in A^<3+>B^<3+>O_3 Perovskite Oxides : A Systematic Comparison (2012)
  • 著者名/発表者名: Craig Fisher, Akihide Kuwabara, Hiroki Moriwake
  • 学会等名: Zing Conference on Solid State Chemistry
  • 発表場所: スペイン、ランザロテ
  • 年月日: 2012-02-25
• [学会発表] Modeling of Oxide Interfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher, A. Kuwabara, H. Moriwake, H. Oki, Y. Ikuhara
  • 学会等名: 36th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites (ICACC2012)
  • 発表場所: 米国, デイトナビーチ
  • 年月日: 2012-01-24
• [学会発表] Modeling of Oxide Interfaces (2012)
  • 著者名/発表者名: C.A.J.Fisher, A.Kuwabara, H.Moriwake, H.Oki, Y.Ikuhara
  • 学会等名: 36th International Conference and Expo on Advaneed Ceramics and Composites (ICACC2012)
  • 発表場所: 米国、デイトナビーチ
  • 年月日: 2012-01-24
• [学会発表] Lithium Battery Cathode Material Li2MnSiO4: Surface Structures and Properties (2012)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher
  • 学会等名: 13th Asian Conference on Solid State Ionics (ACSSI-2012)
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Surface Structures of Li2MnSiO4 and Their Effect on Li Ion Migration (2012)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher
  • 学会等名: 63rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry (ISE-2012)
  • 発表場所: チェコ、プラハ
• [学会発表] Surfaces of Lithium Ion Battery Cathode Materials LiCoO2, LiFePO4 and Li2MnSiO4 (2012)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher
  • 学会等名: 7th General Meeting of the Asian Consortium on Computational Materials Science (ACCMS)
  • 発表場所: 仙台
• [学会発表] Surface Structures of Three Polymorphs of Lithium-Ion Battery Cathode Material Li2MnSiO4 (2012)
  • 著者名/発表者名: C. A. J. Fisher
  • 学会等名: International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM) 2012
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] 原子レベルによるBaZrO_3/MgO異相界面の構造・特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: クレイグ・フィッシャー, 桑原彰秀, 森分博紀
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜市
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] 原子レベルによるBaZrO_3/MgO異相界面の構造・特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: クレイグ・フィッシャー、桑原彰秀、森分博紀
  • 学会等名: 第21回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館
  • 年月日: 2011-12-19
• [学会発表] A^<3+>B^<3+>O_3型ペロブスカイトにおける点欠陥およびイオン拡散 (2010)
  • 著者名/発表者名: クレイグ・フィッシャー、桑原彰秀、森分博紀
  • 学会等名: 第20回日本MRS学術シンポジウム
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] A^<3+>B^<3+>O_3ペロブスカイト型酸化物における酸素イオン拡散の理論計算 (2010)
  • 著者名/発表者名: クレイグ・フィッシャー、桑原彰秀、森分博紀
  • 学会等名: 第36回固体イオニクス討論会
  • 発表場所: 仙台市情報・産業プラザ
  • 年月日: 2010-11-24
• [学会発表] Atomistic Simulation of MgO/BaZrO_3 Heterointerfaces (2010)
  • 著者名/発表者名: Craig Fisher, Akihide Kuwabara, Hiroki Moriwake
  • 学会等名: 3rd International Congress on Ceramics (ICC3)
  • 発表場所: グランドキューブ大阪
  • 年月日: 2010-11-16
• [学会発表] Systematic Comparison of Ionic Conductivities in Perovskites A^<3+>B^<3+>O_3 (2010)
  • 著者名/発表者名: Craig Fisher
  • 学会等名: 2010 Spring Meeting of the European Materials Research Society
  • 発表場所: フランス、ストラスブルグ
  • 年月日: 2010-07-07
• [図書] "Energy Materials: Lithium Ion Batteries", in Computational Approaches to Energy Materials, 1st ed., A. Walsh, A. A. Sokol and C. R. A. Catlow (eds) (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Saiful Islam and Craig A. J. Fisher
  • 出版者: John Wiley & Sons, Ltd.
• [備考] Symposium D-5 "Advanced Computational and Materials Science", International Union of Materials Research Societies-International Conference on Electronic Materials (IUMRS-ICEM2012), 横浜市, 2012年
• [備考] セッションH「計算機シミュレーションによる格子欠陥やナノ構造の解明 : 新規材料創製を目指して」,第21回日本MRS学術シンポジウム,横浜市,2011年.
• [備考] セッションI「計算機シミュレーションによる格子欠陥やナノ構造の解明 : 新規材料創製を目指して」第20回日本MRS学術シンポジウム,横浜市,2010年.